A nyomás edény alapjai áttekintése: szerkezet, alapelv és funkció

1. A nyomás edény meghatározása
A nyomás edény egy lezárt tartály, amely képes ellenállni a belső vagy külső nyomáskülönbségeknek. Ezeket széles körben használják különféle közegek, például folyadékok, gázok és gőz tárolására, különösen az ipari folyamatokban, amelyek magas vagy alacsony nyomás alatt működő üzemeltetést igényelnek. A nyomás edények nélkülözhetetlen berendezések a vegyi, kőolaj-, földgáz-, energia- és gyógyszeriparban.
Számos ipari alkalmazásban a nyomású edények nemcsak anyagokat tárolnak, hanem összetett folyamatműveleteket is végeznek, például reakciókat, párolgást és elválasztást. Mivel a nyomás belső nyomás edényei gyakran szignifikánsan magasabbak, mint a légköri nyomás, a tervezésnek, a gyártásnak és a karbantartásnak szigorúan be kell tartaniuk a releváns nemzeti szabványokat és az ipari előírásokat.

2. A nyomás edények alapszerkezete
A nyomás edény szerkezeti kialakításának több tényezőt kell figyelembe vennie, beleértve annak nyomáskapacitását, a felhasznált közeg jellemzőit és a hőmérsékleti feltételeket. Alapvető felépítése elsősorban a héjból, a végkampákból, a tartószerkezetekből, az ízületekből és a biztonsági eszközökből áll. Az alábbiakban az egyes összetevők részletes magyarázata:
a) Héj
A héj a nyomás edény fő teste, elsősorban a belső nyomás hordozásáért. A héj kialakítása az edény alakjától függően változik.
Hengeres héj: Ez a leggyakoribb nyomás edény alakja. A legtöbb alkalmazáshoz, például tárolótartályokhoz és reaktorokhoz alkalmas. A hengeres edények viszonylag könnyen előállíthatók, stabil szerkezetűek és hatékonyan eloszthatják a nyomást.
Gömb alakú héj: A gömbhéjak a legegyszerűbb nyomáseloszlást kínálják, és képesek ellenállni a magasabb belső és külső nyomásnak. Ezért gyakran olyan hajókban használják, amelyeknek rendkívül magas nyomásnak kell ellenállniuk, például cseppfolyósított gáztároló tartályoknak. A gömb alakú tartályok azonban drágábbak a gyártáshoz, és kevésbé gyakoriak, mint a hengeres tartályok.
Ellipsoid vagy félgömb alakú héj: Ez a kialakítás ötvözi a hengeres és gömb alakú tartályok előnyeit, ezáltal alkalmassá teszi a rendkívül nagy nyomású alkalmazásokhoz és nagyobb nyomásállóságot kínálva. Általában nagynyomású gőzkazánokban vagy bizonyos speciális kémiai reaktorokban használják őket.
b) Fejek
A fejek a nyomás edény vége, a tömítés és a nyomás részben elnyelve. A fej kialakítása és alakja általában megegyezik a hajó alakjával. A fej vastagsága és alakja a nyomástól függően változhat.
Félgömb alakú fej: Ez a fej alakja egyenletesen eloszlatja a belső nyomást, és általában a gömb- vagy hengeres erek végén használják a stresszkoncentráció minimalizálása érdekében. Ovális fejek: Alacsony és közepes nyomású edényekhez alkalmas. Alakjuk elősegíti a stressz egyenletes eloszlását a hajón, és általában megtalálhatók a vegyi és kőolajipar tárolótartályaiban.
Kúpos fejek: A kúpos fejeket gyakran használják az edények alján, különösen az alacsony nyomású edényeknél, vagy ha folyadék-vízelvezetésre van szükség.
c) Támogatási struktúrák
A tartószerkezetek támogatják a teljes nyomás edény súlyát, és általában a hajó aljára vagy oldalára vannak felszerelve. Biztosítják a stabilitást, és megakadályozzák a gravitáció vagy rezgés miatti döntést vagy elmozdulást.
A tartószerkezetek közé tartozik a lábak, az emelő keretek és a bázisok. A biztonsági és stabilitás biztosítása érdekében a tartószerkezetek és a működési környezet alapján kell megtervezni.
d) fúvókák
A fúvókák a nyomás edény azon részei, amelyek csöveket, szelepeket, műszereket és egyéb berendezéseket csatlakoztatnak. Általános típusok közé tartozik a takarmány -portok, a kipufogónyílások, a lefolyó kikötők és a gázkiterelők.
A fúvókákat úgy kell megtervezni, hogy biztosítsák a szivárgásmentes kapcsolatot és megakadályozzák a szivárgást, amikor az edény nyomás alatt van. Általában hegesztéssel vagy szálakkal kapcsolódnak az edénytesthez. e) Biztonsági enyhítő szelep
A túlzott belső nyomás miatti robbanás vagy repedés elkerülése érdekében a nyomástartó edényeket biztonsági eszközökkel kell felszerelni, amelyek közül a leggyakoribb egy biztonsági szelep. A biztonsági szelep automatikusan érzékeli a belső nyomást, és ha a nyomás meghaladja a beállított értéket, akkor kinyílik a túlzott nyomás felszabadítása, ezáltal megvédve az edényt a sérülésektől.

A biztonsági szelepek mellett az egyéb nyomáscsökkentő eszközök közé tartoznak a robbantó tárcsák és a vészhelyzeti ürítőszelepek.

3. A nyomás edények működési elve
A nyomás edények működési alapelve elsősorban a belső közegben a nyomás és a hőmérsékleti ingadozások, valamint maga az edény anyag erőssége körül forog. Az alábbiakban számos kulcsfontosságú munka alapelv:
a) Belső nyomáshatások
A nyomás edény elsődleges funkciója a belső vagy külső nyomáskülönbségek elleni küzdelem. Működés közben az edényben lévő gáz- vagy folyékony közeg bizonyos nyomást gyakorol. Minél nagyobb a nyomás, annál nagyobb a stressz az edényre. Az edény biztonságának biztosítása érdekében a tartály falának vastagságát, anyagát és egyéb kulcsfontosságú elemeit a maximális nyomás alapján kell megtervezni.
b) Nyomásátvitel
Nyomás edényben a nyomás az edény falán keresztül továbbítja a szerkezetet. Míg a belső nyomás egyenletesen oszlik meg az edény falán, szignifikáns feszültségkoncentrációk fordulhatnak elő olyan területeken, mint a végsapka és az ízületek. Ezért ezek a területek általában további megerősítést igényelnek.
c) A hőmérséklet hatása a nyomás edényekre
Az edény belsejében lévő hőmérséklet befolyásolja a közeg sűrűségét és viszkozitását, ezáltal befolyásolja az edényben lévő nyomást. A megnövekedett hőmérsékletek az edény fali anyagának bővülését vagy lágyulását okozhatják, így a hőmérsékletnek az edény anyagának szilárdságára gyakorolt hatását a tervezés során figyelembe kell venni. A magas hőmérsékleten használt nyomás edények gyakran magas hőmérsékleten rezisztens anyagokat használnak.
d) A stressz eloszlása edényekben
A nyomás eloszlása a nyomás edényeken belül egyenetlen. Általában a hajó végei (végei) nagyobb stresszt tapasztalnak. A repedés vagy a deformáció elkerülése érdekében a tervezés fokozott falvastagságot vagy speciális szerkezeti jellemzőket igényel.

4. A nyomás edények funkciói
A nyomás edények funkciói nem korlátozódnak az anyagok tárolására vagy szállítására; Ezenkívül különféle összetett ipari folyamatokat is magában foglalnak. A konkrét funkciók a következők:
a) Tárolás
Az egyik leggyakoribb funkció a gázok, folyadékok vagy gőzök tárolása. Például a petrolkémiai iparban a nyomás edényeket gyakran cseppfolyósított földgáz (LNG) vagy más vegyi folyadék tárolására használják. A sűrített levegőrendszerekben a nyomás edények nagynyomású gázokat tárolnak kész használatra.
b) reakció
A nyomás edényeket sok iparágban, például a vegyi, olaj-, gáz- és gyógyszeriparban használják reaktorokként. Kémiai vagy fizikai reakciókat nagy nyomás alatt hajtanak végre a kívánt vegyi anyagok vagy közbenső termékek előállításához. A reakció során a magas nyomás segít felgyorsítani a reakciósebességet vagy növelni a hozamot.
c) Fűtési és hűtési funkciók
Néhány nyomás edénynek fűtési vagy hűtési funkciói is vannak. Például egy hőcserélő rendszerben nyomás edényt lehet használni egy hőcserélő részeként, hogy a hőt az egyik közegről a másikra továbbítsa. A kazánok és a vízmelegítők szintén ebbe a kategóriába tartoznak, és általában gőz vagy forró víz előállításához használják.
d) A tömörítési és tágulási funkciók
A nyomástartó edényeket általában a gázok összenyomására vagy bővítésére is használják. Például a földgázt gyakran nagynyomású edényekben tömörítik tárolásra és szállításra. A sűrített levegőrendszerek szintén jelentős felhasználás a nyomás edények számára.

5. Nyomásának biztonsága
Mivel a nyomás edényeket gyakran magas nyomásnak és magas hőmérsékletnek teszik ki, biztosítva, hogy biztonságuk kiemelkedően fontos. A nyomás edények biztonsági tervének kulcsfontosságú pontjai a következők:
Anyagválasztás: A nagy szilárdságú, korrózióállóságú és fáradtság -ellenállású anyagokat ki kell választani. Általában használt anyagok közé tartozik a szénacél, a rozsdamentes acél és az ötvözött acél, amelyek ellenállnak a magas hőmérsékleteknek és nyomásnak.
Tervezési specifikációk: A tervezésnek szigorúan be kell tartania a releváns tervezési előírásokat és szabványokat. A közönséges nemzetközi szabványok közé tartozik az ASME kazán- és nyomáskódkód (BPVC), amely meghatározza a nyomástartó edények tervezésére, gyártására és ellenőrzésére vonatkozó követelményeket.
Ellenőrzés és tesztelés: A nyomás edények rendszeres ellenőrzése döntő jelentőségű, ideértve a külső ellenőrzést, az endoszkópos ellenőrzést és a roncserő tesztelést (például ultrahangos tesztelés és röntgen tesztelés). Ezek a tesztek haladéktalanul felismerhetik a rejtett veszélyeket, például a repedéseket és a korrózióját, megakadályozva a baleseteket.
Biztonsági eszközök: A nyomástartó edényeket biztonsági szelepekkel vagy nyomáscsökkentő eszközökkel kell felszerelni. Amikor a hajón belüli nyomás meghaladja a biztonsági küszöböt, ezek az eszközök automatikusan kinyílnak, hogy felszabadítsák a túlzott nyomást, és megakadályozzák a hajó felrobbanását vagy szakadását.

6. A nyomás edények alkalmazása
A nyomástartó edényeket széles körben használják, elsősorban az iparágakban, amelyek magas vagy alacsony nyomás körülmények között működnek:

Petrolkémiai ipar: A cseppfolyósított kőolaj, földgáz, vegyi anyagok és kőolajtermékek tárolására használják.

Energiaipar: A kazánok, gőzgenerátorok és hőcserélők nyomó edényeket igényelnek a hő tárolásához és átviteléhez.

Gyógyszeripar: A nyomástartó edényeket használják a gyógyszer reakciókhoz, sterilizáláshoz és a gáz tárolásához.

Élelmiszer- és italipar: A nyomás edényeket fűtéshez, hűtéshez és folyékony ételek feldolgozásához használják.